Для приготовления рецептурных смесей, эмульсий, кремов, растворов и других кондитерских масс применяются смешивающие и взбивальные машины.
Смешивающие машины позволяют получить однородную массу, состоящую из нескольких компонентов, которые могут находиться в различном агрегатном состоянии. Компоненты могут быть жидкими и твердыми (сыпучими). В случае необходимости рецептурные смеси насыщаются воздухом — взбиваются с помощью взбивальных машин.
Перемешивание и взбивание происходит принудительно вследствие подвода к обрабатываемой массе извне механической энергии.
В зависимости от структурно-механических свойств исходных и конечного продуктов применяемое оборудование подразделяется на машины периодического и непрерывного действия, по конструктивным признакам — на лопастные, пропеллерные, турбинные, роторные машины.
Оборудование периодического действия
Перемешивающие, месильные и взбивальные машины периодического действия имеют горизонтальный, вертикальный или совершающий сложное движение рабочий орган. Рабочим органом обычно служат один или два вала с фигурными лопастями, обеспечивающими максимальный эффект перемешивания.
Месильная машина с горизонтальным валом. Машина (рис. ни состоит из следующих основных узлов: станины, емкости с месильным валом и крышкой, механизма поворота емкости и привода.
В металлической корытообразной емкости 3 расположен горизонтальный вал 16 с месильными лопастями 15. Емкость 3 снабжена рубашкой 1, позволяющей нагревать или охлаждать внутренние стенки емкости в зависимости от вида смеси и частоты вращения вала месильных лопастей. Внутри рубашки может циркулировать холодная или теплая (до 60° С) вода. Снаружи рубашка снабжена изоляцией 2. Емкость 3 закрыта неподвижной крышкой 8. Месильные лопасти 15 выполняются сварными и крепятся на валу 16, вращающемся в подшипниках качения, корпуса 17 которых монтируются на стойках 18, установленных на станине машины 20.
Вал 16 с месильными лопастями приводится во вращение от четырехскоростного электродвигателя 14. От этого электродвигателя через четырехручьевую клиноременную передачу 13 движение передается цилиндрическому редуктору 25 с двусторонним выходным валом 24. Каждый выход вала муфтой 23 связан с промежуточным валом 22, вращающимся в подшипниках качения, установленных в корпусах 21. От четырехрядной цепной передачи 19 получает вращение месильный вал 16. Компоненты для замеса подаются через горловину 6 и патрубок 7 в определенной последовательности.
Для выхода воздуха, вытесняемого из емкости загружаемым продуктом, неподвижная крышка 8 снабжена патрубком 5, на который надевается рукавный фильтр. Для наблюдения за процессом замеса на крышке имеется люк 4, который может быть использован также для дозирования компонентов, входящих в рецептуру в незначительных количествах.
Для контроля температуры воды в рубашке на стенке емкости установлен манометрический показывающий термометр.
Частота вращения вала 16 при замесе меняется автоматически, продолжительность работы его на каждом режиме заранее устанавливают на пульте управления.
По окончании замеса включается электродвигатель 12 механизма поворота емкости. Через специальный червячный редуктор 11 и передачу гайка — винт выдвигается шток 10, связанный с торцовой стенкой емкости шарниром 9, и емкость 3 поворачивается против часовой стрелки вокруг оси месильного вала на 90°.
По окончании поворота электродвигатель 12 выключают с помощью концевых выключателей, установленных на станине. Рецептурная смесь выгружается в подкатную дежу при вращении вала месильных лопастей с малой частотой в направлении, противоположном вращению вала при замесе.
Вместимость машины 600 л. Частота вращения месильного вала 10, 15, 20, 30 об/мин, продолжительность опрокидывания емкости 30 с.
Смесительная машина ШМЖ. Эта машина многоцелевого назначения, может применяться для смешивания и приготовления различных кондитерских масс: жидких, твердых (сыпучих), пластичных. Перемешивающими (рабочими) органами в машине ШМЖ являются две месильные лопасти 7-образной формы.
Машина (рис. 11.2) состоит из станины 20, поворотной емкости 13 с крышкой, двух месильных лопастей 11, главного привода для вращения лопастей и вспомогательного привода для поворота емкости при разгрузке. Поворотная емкость 13 имеет обогревательную рубашку, снабженную штуцером 14 для присоединения паропровода, сливным 1 и воздушным 9 кранами.
В боковых стенках емкости 13 сделаны отверстия с сальниковыми уплотнениями, через которые проходят два вала 8 с лопастями 11. Эти валы вращаются в подшипниках скольжения, закрепленных на боковых стенках емкости, и соединены между собой парой зубчатых колес 15. Опоры вала одной из лопастей смонтированы в дополнительной паре подшипников скольжения
7, которые крепятся к стойкам станины, и в них происходит поворот емкости 13 при разгрузке.
Емкость 13 закрывается крышкой 12, соединенной с горизонтальной осью 10 при помощи шарниров 16, укрепленных на кронштейнах 17, и снабженной пружинным прижимным устройством. На передней стенке емкости предусмотрен разгрузочный лоток 22. Привод для вращения лопастей состоит из электродвигателя 2 (N = 7,5 кВт, п = 970 об/мин), редуктора 19, цепной передачи 18 и зубчатых колес 15. Лопасти вращаются в противоположных направлениях, что способствует более интенсивному перемешиванию компонентов.
Рис. 11.2. Смесительная машина ШМЖ
Во избежание поломки машины при перегрузке лопастей звездочка цепной передачи 18 соединяется с втулкой, жестко закрепленной на валу с помощью предохранительного штифта. При перегрузке лопастей этот штифт срезается.
Поворот емкости осуществляется от электродвигателя 3 (N = 0,6 кВт, п= 1350 об/мин) через редуктор 4, цепную передачу 5, червяк 21 и секторное червячное колесо 6, которое жестко соединено с емкостью через корпус подшипника 7 и системы электроблокировки. При включении электродвигателя 3 червячное колесо 6 поворачивается на 120° вместе с емкостью. После поворота емкости до требуемого угла срабатывает конечный выключатель и электродвигатель 3 отключается.
По окончании разгрузки снова включают электродвигатель 3, изменив направление вращения его ротора. При возвращении емкости в исходное положение срабатывает второй конечный выключатель, останавливающий электродвигатель 3,
Электрическая схема управления смесительной машиной позволяет изменять направление вращения вала электродвигателя 3. При повороте емкости отключается электродвигатель 2.
Паропровод смесительной машины оборудован предохранительным клапаном, манометром и запорным вентилем.
Производительность машины ШМЖ до 500 кг/ч, вместимость 0,25 м3, частота вращения лопастей 36 об/мин, допустимое давление греющего пара — до 0,4 МПа. Габаритные размеры машины (в мм): 1690X1070X1330; масса 1362 кг.
В кондитерской промышленности применяют смешивающие машины с двумя месильными лопастями 7-образной формы и полезной вместимостью от 0,05 до 0,45 м3.
Взбивальная машина с горизонтальным валом. Машина предназначена для смешивания компонентов и насыщения рецептурных смесей воздухом при приготовлении кондитерских масс для производства пастилы, мармелада, взбивных корпусов конфет («Птичье молоко», «Стратосфера» и пр.).
Машина (рис, II.3) состоит из корпуса 5, смонтированного на станине 1, и мешалки 9. На валу мешалки укреплены 6 пар
лопастей, имеющих Т-образную форму, и крайние лопасти Г-образной формы, очищающие торцовые стенки корпуса машины.
Вал мешалки пропущен через сальники торцовых стенок корпуса и вращается в подшипниках, установленных на кронштейнах 7. Между подшипниками на валу мешалки находится шкив 6 ременной передачи, через которую вращение передается от электродвигателя (N = 2,2 кВт, п=1440 об/мин), а вал получает частоту вращения 210 об/мин. Корпус машины выполнен из нержавеющей стали и снабжен крышкой 4.
Для установки открывающейся части крышки в нужном положении служит рукоятка 2, собачка которой попадает во впадину зубчатого сектора 3. В глухой части крышки имеется патрубок, который присоединен к вытяжному воздуховоду для удаления сернистого газа — оксида серы (IV), выделяющегося из яблочного пюре при взбивании смеси. В нижней части корпуса смонтировано разгрузочное устройство 8. Вместимость взбивальной машины 0,7 м3, продолжительность взбивания 20—25 мин. Габаритные размеры машины (в мм): 1700Х650Х X 1200; масса 225 кг.
Взбивальная машина М5-ШСА. Машина (рис. II.4) предназначена для насыщения рецептурных смесей воздухом при приготовлении взбивных начинок, кремов и т. п. Рабочий орган машины — взбивальный вал с венчиком — совершает сложное движение. Машина М5-ШСА состоит из станины 20, привода, взбивателя, бачка с тележкой. Тележка 1 с бачком 3, в котором находятся компоненты рецептурной смеси, подкатывается к подставке 19, установленной на станине 20, и фиксируется зажимом 18. Зафиксированный на подставке бачок поднимают и опускают, вращая рукоятку механизма 16, от которого вращательное движение передается через ремень 15 червячной паре 14. В червячном колесе пары, расположенном горизонтально, имеется центральное отверстие, в котором закреплен винт 17. Вращением винта перемещают подставку 19 в вертикальном направлении.
Электродвигатель (N = 2,1 кВт) машины установлен на кронштейне 11, который может перемещаться вращением штурвала 13, с винтом 12, что позволяет регулировать натяжение ремня 9 вариатора 10 и изменять частоту вращения взбивателя 2. От вариатора 10 движение передается промежуточному горизонтальному валу 8, зубчатой конической паре 7 и вертикальному валу 6, снабженному поводком 5, от которого приводится в движение взбиватель 2, закрепленный в шарнире 4. Вследствие этого взбиватель 2 описывает при работе машины коническую поверхность, обрабатывая весь объем бачка 3. Рабочий объем бачка 115 л, частота вращения вала взбивателя 220— 280 об/мин. Габаритные размеры (в мм): 1040x960x1585; масса машины 730 кг.
Рис. II.4. Взбивальная машина М5-ШСА
Производительность (в кг/ч) перемешивающих машин периодического действия определяется по формуле
П = 60 Gо/(Тпз+Тп), (ил)
где Gо — масса единовременно загружаемого продукта, кг; тПз — продолжительность загрузки и выгрузки продукта, мин; тп — продолжительность перемешивания (взбивания), мин.
Оборудование непрерывного действия
Перемешивающие, месильные и взбивальные машины непрерывного действия, применяемые на кондитерских фабриках, по расположению оси рабочего органа делятся на горизонтальные и вертикальные, а по конструкции перемешивающего органа — на лопастные, дисковые и роторные.
Для уменьшения продолжительности замеса и улучшения качества смеси применяют вибросмешивание. Особенность вибросмесительных машин заключается в том, что в них при поступательном движении источника колебаний по круговой или эллипсоидальной траектории частицы смеси, непосредственно соприкасающиеся с источником колебаний, периодически получают ударный импульс, который передается соседним слоям, в результате чего по смеси проходят волны и происходит интенсивное перемешивание.
Лопастный смеситель непрерывного действия. Он предназначен для смешивания компонентов при приготовлении шоколадных и конфетных рецептурных смесей.
Смеситель (рис. II.5) имеет корпус, состоящий из верхней 5 и нижней 11 частей. Нижняя часть корпуса крепится к станине
12, верхняя прикреплена на петлях 13 к нижней и закрывается откидными болтами с барашковыми гайками 14. Компоненты рецептурной смеси подаются дозаторами в патрубок 3.
Внутри корпуса вращаются в противоположных направлениях два параллельных вала 4 с секторными лопастями 6. Лопасти смешивают компоненты и транспортируют смесь к выходному отверстию. Готовая масса выходит через патрубок, сечение которого может изменяться при помощи шиберной заслонки 8 со штурвалом 9. Этим регулируется степень наполнения смесителя, а следовательно, длительность и интенсивность перемешивания массы.
Смеситель снабжен водяной рубашкой 10 для поддержания необходимой температуры массы. Благодаря развитой поверхности смешивающих лопастей, относительно малому объему массы, а также подогреву массы в смесителе происходит равномерное смешивание компонентов.
Один вал смесителя получает вращение от привода через цепную передачу /, второй вал — от первого через зубчатую передачу 2. Верхняя часть корпуса имеет смотровые люки 7. Над люками смесителя устанавливаются дозаторы для подачи необходимых компонентов.
Производительность лопастного смесителя 400 кг/ч, частота вращения лопастных валов 21 об/мин. Габаритные размеры смесителя (в мм): 2000x440x1310.
Вибросмеситель. Вибросмеситель предназначен для высококачественного перемешивания и приготовления различных кондитерских масс, в частности вафельного теста и начинки.
Вибросмеситель (рис. II.6, а) представляет собой камеру 7, соединенную пластинами 8 с противовесом 11. Камеры, пластины и противовес образуют жесткую коробчатую конструкцию, в середине которой расположен динамический (инерционный) вибратор 10. Дебаланс выполнен в виде двухопорного неуравновешенного вала, вращающегося в роликовых сферических подшипниках. На валу посажены диски с противовесами.
Вся система установлена на упругих пружинных опорах 9 которые обеспечивают под действием центробежных сил, возникающих при вращении дебалапса, возможность поступательного перемещения конструкции по замкнутой круговой или эллипсоидальной траектории в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. Частота колебаний конструкции равна частоте вращения вала вибратора.
Упругие опоры из спиральных пружин обеспечивают снижение вибрации станины 12 до наименьших значений. Внутри корпуса в противоположных направлениях вращаются два лопастных вала, приводимых в движение от электродвигателя 2 (N=1 кВт, n = 960 об/мин) через редуктор 3. Дебалансный вибратор работает от электродвигателя 1 (N = 2,8 кВт, n = 1410 об/мин).
Крутящий момент на вибратор и лопастные валы передается гибкими соединительными муфтами 4, представляющими собой резинотканевый шланг, зажатый с двух концов хомутами.
Жидкие компоненты поступают через патрубок 5, сыпучие— через патрубок 6.
Устройство месильной камеры вибросмесителя показано на рис. II.6, б. На двух валах с горизонтальной осью вращения (ведущем 2 и ведомом 1) под углом к оси вала расположены лопасти 6. Благодаря этому компоненты перемешиваются и продвигаются в месильной камере 7 к выходному отверстию 8. Для того чтобы при эксплуатации машины смазка из подшипникового узла 3 не попадала в камеру, между ними установлены сальники 5. Плотное соединение между сальником и вращающимся валом обеспечивается нажимной втулкой 4.
При эксплуатации вибросмесителей, меняя взаимное расположение грузов дебалансного вибратора, можно изменять амплитуду колебаний от 0,2 до 5 мм в зависимости от вязкости получаемой смеси (для более вязких смесей нужна большая амплитуда).
Рис. II.6. Вибросмеситель непрерывного действия:
а — общий вид; б — месильная камера (разрез А—А)
Коэффициент заполнения камеры должен быть в пределах 0,7—0,88. Производительность вибросмесителя — до 650 кг/ч, частота вращения лопастных валов 180 об/мин. Габаритные размеры вибросмесителя (в мм): 2400X480X1200.
Дисковый центробежный смеситель-эмульсатор. Для приготовления стойких эмульсий и смесей, насыщения их воздухом при интенсификации процесса смешивания применяют непрерывно действующие скоростные дисковые смесители с горизонтальной осью вращения вала. Дисковый смеситель-эмульсатор применяется для взбивания эмульсий в тех случаях, когда в рецептурной смеси используется сахарная пудра, а также для разжижения (снижения вязкости) шоколадных масс.
Рис. 11.7. Дисковый центробежный смеситель-эмульсатор
Дисковый центробежный смеситель-эмульсатор (рис. II.7) состоит из корпуса 5, в котором на горизонтальном консольном валу 7 вращаются два взбивальных диска 4 и 2 с радиальными ребрами. Рецептурная смесь из воронки 6 поступает в центральную часть первого диска 4 и центробежной силой отбрасывается на стенки корпуса 5. Затем смесь проходит через центральное отверстие неподвижного диска 3 и подхватывается вторым диском 2, который опять отбрасывает ее на стенки корпуса. В торец неподвижного диска запрессованы пальцы, а в радиальных ребрах диска 2 соответственно имеются вырезы. При ударе частиц о пальцы происходит гомогенизация и стабилизация рецептурной смеси, которая выходит через центральное отверстие крышки эмульсатора 1.
Щель между валом 7 и отверстием в корпусе 5 герметизируется уплотнением 8, для периодического поджима которого служит втулка-фланец 9. Приводной вал вращается в двух конических упорных подшипниках, установленных в корпусе 10, который вместе с эмульсатором крепится на постаменте 11. Пробка 12 предназначена для спуска смеси при остановке эмульсатора. Производительность эмульсатора до 500 кг/ч, частота вращения дисков 1400 об/мин.
Роторный центробежный смеситель-эмульсатор. Предназначен для непрерывного взбивания рецептурных смесей путем интенсивного перемешивания и применяется в станциях для приготовления жидкого теста, взбивания зефирной массы и т. д. Он состоит из корпуса с водяной рубашкой, взбивальных неподвижных статоров и взбивального ротора, установленного на горизонтальном валу.
Ротор 7 (рис. ІІ.8) жестко закреплен на горизонтальном валу 2, получающем вращение от шкива 1. Жидкая смесь и воздух поступают соответственно через патрубки 4 и 3 в камеру 5, а затем в пространство между ротором 7 и двумя неподвижными статорами 9, укрепленными на стенках 8 взби-
Рис. ІІ.8. Роторный центробежный смеситель-эмульсатор
вальной камеры. На внутренней стороне каждого статора имеются зубья, расположенные концентрическими рядами. Между зубьями статоров расположены зубья ротора. Размеры зубьев выбраны такими, что образуется кольцевой канал извилистой формы шириной 1 мм.
Ротор и статоры изготовлены из бронзы, внутренняя поверхность камеры — из нержавеющей стали. Насыщенная воздухом смесь выходит через отверстие 10. На выходе из взби- вальной камеры установлен регулятор давления, который поддерживает в ней постоянное избыточное давление 0,05—0,09 МПа.
Для регулирования и стабилизации температуры смеси взбивальная камера 5 снабжена водяной рубашкой 11, состоящей из двух секций, в каждой из которых имеются соответственно патрубки 12 для подвода и патрубки 6 для отвода воды. Производительность роторного смесителя 75—600 кг/ч, частота вращения ротора 280—700 об/мин в зависимости от назначения смесителя.
Рис. 11.9. Гомогенизатор
Гомогенизатор. Гомогенизатор предназначен для получения стойких мелкодисперсных эмульсий непрерывным способом и состоит из корпуса, в котором вращается вертикальный вал с укрепленной на нем крыльчаткой. Через отверстие 3 (рис. П.9) в корпус 6 подаются вода и концентрированная эмульсия в соотношении 10:1. Внутри корпуса 6 вращается вал 4, снабженный фигурной лопастной крыльчаткой 5. Интенсивному перемешиванию способствует наличие выступов 7, приваренных к коническому днищу 8. Вертикальный вал 4 получает вращение от электродвигателя 1 (Ы = 0,28 кВт, п = = 1410 об/мин) через клиноременную передачу 2. Корпус 6 выполнен из органического стекла, что позволяет наблюдать за процессом смешивания. Готовая эмульсия выводится через отверстие 9. Производительность гомогенизатора до 11 л/мин, частота вращения вертикального вала 950 об/мин.
Производительность (в кг/ч) смесительных машин непрерывного действия может быть определена по формуле
где Р — площадь сечения отверстия, через которое выходит готовая масса, м2; V — скорость истечения готовой массы, м/с; р — плотность готовой массы, кг/м3; ф — коэффициент заполнения площади отверстия выходящей массой; Ф = 0,44-0,95.